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一 我国大气环境现状综述近年来，我国经济快速发展，人民生活水平显著提高，但同时我国巨大的能源消费规模和以煤为主的能源消费结构引起的环境 污染 已使 国家不堪重负，我国能源环境问题的严重性不仅在于现在的污染，更重要的是未来潜在的能源需求增长对环境造成的巨大压力 。 1 我国大气污染现状 由于我国当前大多数空气污染物属于“存量型” 污染 ，即当前环境质量不仅决定于当前的污染排放量 ，还受 以往排放的污染物的影响 ，当前排放的污染物不仅影响当前的环境质量，也对今后的环境质量造成影响。在评价环境质量时应该从环境中污染物浓度指标和污染物排放量两方面对全国大气质量的现状进行考察 。 11 从大气环境质量指标考察大气环境质量 统计数据显示 ，自2000年 以来 ，中国城市的空气质量整体呈好转趋势 ，颗粒物超过二级标准的城市比例呈逐年增长趋势。2004年 468的城市颗 粒物超过二级标准 ，比 2003年增加 12个百分点； 超过三级标准的城市占143 ，比上年减少 69个百分点。但S02浓度呈增高趋势 ，2003年和 2004年S02年浓度均为 0049 mgm3，比 2002年增长 0.006 mgm3，且 S02年均浓度达到二级标准的城市比例自2000年以来 基本上呈下降趋势 。2005年共有 522个城市开展了空气质量监测， 包括地级以上城市319个、县级城市203个。其中空气质量为一级的城市22个，占42；二级的 293 个，占561；三级的 152个 ，占291；劣于三级的城市55个 ，占 106。达到或超过国家二级标准的统计城市比例比上年增长了217个百分点 ，劣于三级标准的城市比例同比下降了 96个百分 点，与2004年相比，城市空气质量有所改善。12 从排污总量角度考察 受污染源集中程度的影 响，大城市 的环境质量指标不能准确反映整体环境负担情况 ，比较而言 ，污 染 排放 量可 以更客 观地 衡量 环境 负担 。 1995年 以来 ，由于 国家 对 S02、烟 尘 、工 业 粉 尘 等主要污染物 的排污实施总量控制和经济结构的调 整 ，到 2002年 ，全 国 S02、烟尘 、工 业粉 尘排 放量 呈逐年下降趋势 。但从 2002年末开始 ，S02排放总量快 速增 长 ，烟 尘 排 放 也 略 有 升 高 。 据 初 步 统 计 ，2005 年全 国 S02排放 总量 已达 到 2 549万 t，比 2004年增 加达 13个 百 分 点 。近年来 酸雨发生频率及酸雨分 布 区域保持稳 定 ，但 部分 地 区酸雨 强 度加 大 。2005年 全 国开展 酸 雨监 测 的 696个 城 市 中 ，357个 城 市 出 现 酸 雨 ，占 513。从酸 雨 出现城 市 比例 和 降水 酸度分 析 ， 2000年 一2005年期间 ，全 国出现 酸雨城市 比例在 5060间波动，但重酸雨 (pH值 45)城 市 比 例呈升 高趋 势。从 酸雨 区域分 布分 析 ，2000年 一 2005年期间 ，以重庆 、贵阳为代表 的西南 酸雨 区酸 雨污染有所减轻；华 中酸雨区(湖南、江西等省)酸雨 强度有所增加 ；华东地 区特别是浙江省酸雨污染进 一步加重；华南酸雨区的珠江三角洲地区污染加重。 2 我国大气污染控制现状分析 针对 目前 的大气污染状况 ，我 国从国家到地方 均对大气污染的控制采取 了相应 的政策，各省都制 定了本地的大气污染控制计划 ，但从 目前 的污染状 况来看，现有的治理方式并不理想。综合分析造成 我 国大气污染的原因，主要存在以下几方面问题。 21 以煤为主的能源消费结构超常规发展 我国一次能源消费结构 中煤炭 占70左右 ，燃 煤是大气 sO2污染 的主要 来源 ，我 国目前燃煤SO2排放量 占全 国 S02排放总量的 90以上。 自2002年末以来，高物耗 、高能耗的火电、钢铁、建材 、化工 等工业呈现过热发展的态势 ，年均增长率都在 15 以上 ，这几大行业用煤急剧增长。仅 2005年全国能 源消费总量已达到222亿 t标 准煤 ，其中煤炭消耗 达到 219亿t，同比增长 14.4个百分点。火电行业 消耗煤炭量为 l11亿 t引，占全 国煤炭消费总量的 507。2005年初步统计火电行业 S02排放量已经 达到 1 400万 t。能源 的超 常规增 长 和火 电行业 的快速 发展是导 致 S02增加的主要原因，在“两控区”表现得更为明 显。2004年“两控 区”工业排放 SO2总量为 1 1325 万 t，比 2003年 多 出 981万 t，占到全 国工业 排 放量 的 598，而全 国火 电行 业 2004年 比2003年 多 103 万 t。可 以看 出“两控 区”是 S02排 放 的主要地 区 ；火 电行业 是“两 控 区”S0，的主要 排放源 。火电厂排放 s02总量增长除煤炭消耗量增大这 一主要原因外 ，跟煤炭供应紧张、煤炭质量下降也有很大关系 ，并且在 325 GW(截至 2004年底)火电装机容量中，效率低 、煤耗高的小机组占很大比例 。由于缺电形 势严重 ，纯凝 汽 式小 火电 厂不能按期 关停，造成 了煤炭资源 的极大浪费和严重的环境污染。22 治理速度赶不上新增速度 自2002年末 ，高能耗 、高物耗行业快速发展 ，而污染治理进程却相对缓慢 ，尤其作为 SO2主要排放 源的火电行业脱硫进展更是缓慢 。进入 “十五”后 期 ，尤其是最近煤炭供应紧张 ，煤质下降 ，靠选择低硫煤来降低 SO2排放量已无空间 。同时，火电厂大气污染 物排放标准(GB 13223-2003)对火 电厂提出了更高的要求。由于推进烟气脱硫产业化和市场竞争 ，烟气脱硫设备造价大幅度降低 ，采用高效率的石灰石石膏湿法脱硫工艺(90以上)成为控 制火 电厂SO2排放 量的主要手段 。到2004年底，全国投产的烟气脱硫机组容量 已达 24 GW。除安装烟气脱硫设施外 ，关停 小火电机组 ，“两控 区”内火 电厂改 烧 低 硫 煤 ，发 展 热 电联 产 ，增 加 动 力煤 入选 比例等措 施 也在一 定 程度上 减少 和控制 了 火 电厂 SO2的排 放 量。然而统计数据表明 ，火电厂SO2治理仍远低于其他工业行业的水平 。2004年工业部门 SO2平均去除率 为 320，而火电行业仅 为144。与 2003年相 比 ，2004年火电行业SO2排放量增加262.2万t，去除量增加71.2万t，可见火电行业S02控制和治理任务任重而道远。目前我国 Nox排放研究刚刚起步，控制手段落 后。由于 NOX主要来自于煤炭的直接燃烧 ，火电行业仍是主要的排放源。有关数据表明，近年酸雨中NOx一离子的浓度呈上升趋势。据专家预测，未来酸雨污染可能由硫酸型向硫酸硝酸复合型发展。但 由于对 NO 研究基础薄弱 ，虽然 GB 132232003中规定 ，第三时段新建、改建、扩建 的燃煤电厂 ，燃煤挥 发分小于 10时 ，排放限值为 1 100 mg/m3，燃煤挥发分大于等于 10、小于等于 20时，排放限值 为 650 mgm3，燃煤挥发分大于 20时 ，排放限值为 450 mgm3，对第一、二时段的电厂则采取 了更为宽松的 排放标准。虽然 国家作 出了排放标准要求 ，但没有 强制性要求火电厂安装脱 硝设施 ，而大部分 电厂对 NOx排放未采取有效控制措施 ；其他各工业部 门，如 钢铁 、建材亦没有采取控制措施 ，国家环保总局发布的历年环境统计年报中也没有公布NOx的排放量 。 虽然一些研究人员或 组织对NOx的排放量进行了估算，但都不能准确地表明 NOx的污染现状。 从城市环境质量来看 ，由于机动车数量的快速 增加 ，机动车尾气已成为大城市大气污染的主要来源。2003年城市环境空气质量监测结果显示 ：北京、上海、广州等大城市大气污染物中机动车排放的碳氧化物 、碳氢化合物、氮氧化物和颗粒物所 占平均比例为 80、75、68、50，机动车尾气污染已成 为这些城市空气 污染的第一大污染源 ，而相应的控制措施不见成效 。 3.我国未来能源结构变化中国正处于工业化、城市化加速发展时期，能源需求持续增长。2007年，一次能源消费量达到266亿吨准煤，比2000年增长了13亿吨标准煤。其中，煤炭消费量占能源消费总量的70以上，石油消费量占23，50的石油消费量需要进口。持续增长的能源需求给中国的能源环境和能源安全带来巨大的压力，据美国能源信息署(IEA)等机构预测，到2020年，中国石油需求和供给的缺口将达到约800万桶天，石油进口依存度有可能超过70(Downs，2006)。目前中国二氧化硫和二氧化碳排放量已居世界第一，酸雨区已超过国土面积的40。若不控制化石能源的生产和消费，后果将会更加严重。中国还有相当大比例的农村人口处于能源贫困之中，这也影响了农村经济和社会的发展。国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要明确规定 ：到2010年 ，在 G DP年增长75 的同时 ， 主要 污染 物 排 放 总 量 减 少 10 。 以 此 作 为 “十 一 五”规划 期 间的 8 大约束 性指标 之一 ，作为 具有法 律效力 的刚性 指标 ，这 是 党 和 国家 按 照 科 学 发 展观 和 可持续发展 的要求 ，基 于 目前 的经济 结构 、产业 结构 状 况和严 峻 的环 境 形 势 做 出 的 战略 性 决 策 。可再生能源中长期发展规划和“十一五”可再生能源政策发展规划这两个规划也把用可再生能源替代化石能源、优化能源结构作为第一个发展目标。风能、太阳能、生物质能受到高度重视，其中，风电和太阳能向并网发电方向发展，生物质能利用向生物质发电、生物质燃气、生物质固体成型燃料、生物液体燃料等多种方向发展。具体发展目标是：2010年，可再生能源占能源消费的10；2020年，可再生能源消费占能源消费总量15。这意味着中国可再生能源发展要走与前一个阶段目标全然不同的发展方式，即大规模的、产业化的发展道路。因此，“十一五”规划提出了可再生能源产业的发展目标，即以规模化建设带动可再生能源产业新技术的产业化发展。关于可再生能源产业技术水平和装备能力的规划目标概括起来就是：现阶段要重点提高技术水平，建立完善的产业体系。已成熟的技术要实现大规模生产、形成比较完善的生产体系和服务体系。从2010年到2020年期间，加强可再生能的技术研发和设备国产化，建立完备的可再生能源产业体系，大幅度降低可再生能源开发利用的成本。4. 我国NOx污染状况NOx是我国47个重点城市环境空气质量周报中的考核项目，也是2000年重点城市“一控双达标”中城市环境空气质量达标项目之一，但是NOx的排放情况、监测数据和污染控制等方面还有很多不确定因素。为了做好NOx的污染控制工作，我们对NOx的污染指标和控制措施等有关问题作了初步探讨一、我国NOx污染现状：1、我国NOx排放情况的估算。据项目“能源规划中综合考虑环境因素”研究的初步估算，1990年我国氮氧化物的排放量约为910万吨，其中近70来自于煤炭的直接燃烧，固定源是NOx排放的主要来源。根据世行项目“中国机动车排放污染控制战略研究”，1995年全国机动车辆(不包括农用车辆)的NOx排放量为141.3万吨,若包括农用车辆，其排放估算量可能将增加1/3，机动车的排放量估计占排放总量的不到20，是城市的NOx的主要来源之一。目前我国NOx排放量估计在1000多万吨。鉴于我国的能源消耗量今后将随经济的发展不断增长，NOx排放量也将持续增加。据有关研究的估算，到2000年和2010年，我国的NOx排放量将分别达到1561万吨和2194万吨。由此可见，今后NOx排放量将十分巨大。如果不加强控制，NOx将对我国大气环境造成严重的污染NOx排放量的剧增使我国城市大气中的NOx污染程度加重。1997年在全国357个城市中，NOx浓度年均值范围为0.001-0.140mg/m3，年均最大值出现在广州市，其中291个城市NOx浓度年均值达到国家二级标准(0.05mg/m3)，占81.5，66个城市超二级标准，占18.5。1998年全国311个城市，NOx浓度年均值范围为0.006-0.152mg/m3，年均最大值出现在北京市，其中252个城市NOx浓度年均值达到国家二级标准(0.05mg/m3)，占81.0，59个城市超二级标准，占19.0。1997-1998年，NOx浓度年均值超过国家三级标准(0.10mg/m3)的城市有北京、广州和上海三市。根据1991-1998年8个年度的统计，环境空气中NOx平均浓度的年度变化趋势不明显，但北京等少数特大城市的污染有加重趋势。NOx对环境的影响和对人体健康的危害:我国NOx排放量和大气NOx浓度的快速增加，将使我国大气污染的性质发生根本性的变化，大气氧化性增加，导致一系列的城市和区域环境问题，对人体健康和生态环境构成巨大的威胁.NOx中对人体健康危害最大的是NO2，主要是影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿。大气中NOx和挥发性有机物VOC达到一定浓度后，在太阳光照射下经过一系列复杂的光化学反应，就会产生以高浓度O3和细颗粒物为特征的光化学烟雾，形成了夏季城市天空经常出现的兰色烟雾。由于我国大气中VOC浓度较高，光化学烟雾的产生主要受NOx制约，大气NOx浓度的微小增加都会加重光化学烟雾的污染。光化学烟雾是一种二次污染，污染区主要位于污染源（城市）下风向30-50km，由于O3和细颗粒物可以作长距离传输，造成区域性的氧化剂污染和细颗粒物污染，使区域空气质量退化，减少太阳辐射，气候发生变化，对生态系统造成损害，农作物减产。美国目前由于O3污染使谷物减产10以上，估计太阳辐射减少对产量的影响更大。光化学烟雾会使大气能见度降低，对眼睛、喉咙有强烈的刺激作用，并会产生头痛、呼吸道疾病恶化，严重的会造成死亡。 由于大气氧化性，NOx在大气中可形成硝酸HNO3和硝酸盐细颗粒物，同硫酸H2SO4和硫酸盐细颗粒物一起，发生远距离传输，从而加速了区域性酸雨的恶化。已有研究表明，HNO3对酸雨的贡献呈增长之势，降水中NO3-/SO42-比值在全国范围内逐渐增加。目前我国已结合对两控区的划分工作，对SO2排放进行了全面控制，但NOx排放总量的快速增长及其大气浓度和氧化性的提高有可能抵消对SO2的控制效果，使酸雨的恶化趋势得不到根本控制。 二 工业固体废弃物磷石膏的产生及资源化趋势磷石膏是湿法生产磷酸过程 中的副产物 ，通 常每生 产 1 t 磷酸 (以 P：0 计 ) 可以得到 45 t 磷石膏 (干 )，实 物量约为 7 t。 近年来 ，随着磷酸工业 的发展 ，磷石膏 的 排放量也 日益增大。 十五期 间，我国仅磷肥副产磷石膏 高达 3300 万 t，许多重点磷肥企业年排磷石膏量均在 100 200 万 t。 但另一方面其利用率却很低 ，磷石膏 占用 了 大量土地 ，污染环境 ，给生产企业带来了很大的负担。 磷石膏的资源化已成为磷酸工业实现可持续发展的关键 因 素之一。 1 磷石膏的基本特性 湿法磷酸生产过 程 中产 生的含有少量未 分解 磷矿 和游离酸的二水硫 酸钙称为磷石膏 。 纯 净的二水硫 酸钙是单斜晶系的白色粉末 ，结晶较好 ，多呈平行四边形 和长柱状以及燕尾状结晶。 磷石膏因含有杂质一般为浅 黄、浅灰或灰黑色的细粉状 固体 ，含水率 20 30 ，容重 0733 0880 gcm ，粘性较大 ，流动性差 ，呈酸性 ，略 有异味，主要成分为 CaSO 2H 0，并 含有少量的 SiO：、 A1：O，、Fe O CaO、M gO，微量的重金属离子及放射性元 素 ，以及未分解的磷矿粉、P O 、F 一和游离酸等杂质 。 经测定 ，磷石膏晶体尺寸在 4JD 200 肌 之间，二 水石膏(CaSO 2H：0) 的含量非常高。 磷石膏 能溶于 酸、铵盐、甘油 ，微溶 于水 ，不溶于乙醇，175 左右 时失 水成半水石膏 (CaSO 05H：0)，193 210 时失去水 而成为无水石膏。 2 磷石膏中的杂质对性能的影响及其预处理方式 21 磷的影响及去除 磷石膏中的磷以P205 的形式表 示 ，包括可溶性磷、共晶磷和难溶性磷。 可溶性磷 主要来源于残留在磷石膏 中的磷酸 ，磷酸 电离后产生 H3P04 、H2PO4-、HPO4- 、PO4 3-四种形态的 P205 。 它在炒制过程中不挥发 ，生成焦磷酸(H4P207)或其他磷酸盐 。 可溶性磷对磷石膏的性能影响主要表现在 延长磷石膏的凝结时间和降低石膏制品的强度。 它存在 于石膏晶体的表面，其含量随磷石膏颗粒度增加而增加。 采用水洗预处理就可以除去可溶性磷。共晶磷一般 以 CaSO4 2H20 CaHPO4 2H2O 的固 溶体形式存在。 因而难以采用水洗预处理去除。 在建筑 石膏水化时，共 晶磷中 的 P：O 释放 出来， 以 ca (P0 )： 的形式存在 ，此时表现为降低 pH 值 ，延缓凝结 时间 ，降 低石膏硬化体强度。 只有在 800 oC 下煅烧磷石膏才能使 共晶磷转变成为隋性的焦磷酸盐 。 难溶性磷存在于少量未反应的磷石灰粉 中。 作为 惰性组分 ，它对磷石膏的性能几乎无不良影响。 22 氟的影响及去除 磷石膏中的氟来源于磷矿石 ，硫 酸分解磷矿石 时有 20 40 的氟进入 了 磷石膏 中。 硫酸分 解 时 以 可溶 性 氟 (NaF) 和 难 溶 性 氟 (CaF，、 NazSiF )两种形式存在 。 影响磷石膏性能的主要是可 溶性氟，可溶性氟有促凝作用 ，但当其 含量超过 03 时，会显著降低磷石膏的强度。 难溶性氟一般是惰性的 ， 但若以同结晶络合物存在或不存在于二水石膏中时，就 有很大活性和热不稳定性 。 水洗预处理可以去除可溶性氟。 另外 ，也可采取石灰中和预处理方式使其转化 为难溶性氟(CaF )，从而消除可溶性氟的影响。 23 有机物的影响及去除 磷石膏中的有机物来源于 磷矿石中的有机杂质和磷酸工艺 中所加入的有机添加 剂。 研究表明 ，磷石膏中的有机物为乙二醇 甲醚乙酸 酯、异硫氰甲烷、3 一甲氧基正戊烷、2 一乙基 一1，3 一二氧 戊烷等，其含量随磷石膏颗粒度的增加而增大，通常分布 在二水石膏晶体表面，使磷石膏胶结材需水量增加 ，削弱 了二水石膏 晶体间的结合 ，使硬化体结构疏松，强度降 低。 水洗、浮选法和 800 煅烧等方法均可去除有机物 。 但水洗存在生产线一次投资大 、能耗高、水洗后污水排放 造成二次污染等问题 ；煅烧则需要在高温条件下才能去 除其中的有机物。 因此 ，当磷石膏中有机物含量较高时，宜选用 浮选方式加 以去除。 24 其他杂质的影响及去除 除磷、氟、有机物之外 ，磷 石膏中还含有其他一些杂质 ，如 SiO 以及 Fe、Sr、M g 的 氧化物或与磷酸盐形成 的络合物。 这些杂质一般为惰 性 ，对磷石膏性能影响不大。 但碱金属盐会在磷石膏构 件干燥过程中随水分迁移至表面，使构件发霉或泛霜，需 要通过预处理去除。 总之 ，磷石膏中的杂质越少 ，磷石膏 的品质越高，越容易利用 。 在实际的利用过程中 ，选择何 种预处理方式不仅要考虑磷石膏中存在的杂质种类及数 量 ，还应考虑其利用途径 ，综合各种因素选择经济而又合 理的预处理方式。 3 磷石膏的资源化途径 31 磷石膏用于建材行业 311 磷石 膏在水泥工业中的应用 在水泥工业中 ，磷 石膏可用作水泥缓凝剂、水泥矿化剂 ，并可用来生产低碱 度水泥和制硫酸联产水泥。 3111 用 作水泥缓凝 剂 硅酸盐类 的普通水泥和特 种水泥 ，都需要一定量的石膏( 35 ，以 S0 计 )，使 其与 C A 反应生成溶解度极小的钙矾石 ，从而使水泥产生正常的凝结。 水泥中掺入杂质含量不大的磷石膏与掺天然石膏的性能相近，水化产物基本相同，早期强度略小 于掺天然石膏的水泥 ，还可能提高后期强度。 需要注意 的是 ，应控制磷石膏中可溶性磷的含量 ，否则不但影响其 作为水泥缓凝剂的作用 ，还易腐蚀钢筋混凝土工程中的 钢 筋。 3112 用作水泥矿化剂 在煅烧硅酸盐水泥时加入 石膏(1 2 ，以 S0。 计) 和 CaF：(08 一16 ) 的复 合矿化剂可以节能，提高产品产量和质量。 少量 的磷酸 盐对水泥熟料烧成起着强烈的矿化作用 ，而磷石膏是由 高度分散的二水石膏、少量的 P O 和 F 一组成 ，可认为它 是一种天然的复合矿化剂。 3113 生产低碱度水泥 生产硫铝酸盐水泥、铁铝酸 盐水泥时 ，要加入一定量的石膏 ，它作为一种主要成分形 成 c AS，使水泥具有快硬和膨胀特性 。 磷石膏低碱 度水泥是以石灰石、矾土、磷石膏为原料在立窑中烧制硫 铝酸盐水泥熟料 ，外掺磷石膏和石灰石磨制而成 。 这种 水泥具有早期强度高、硬化快、碱度低 、微膨胀等特性 ，成 本低于硅酸盐水泥。 由于石膏浆体 中没有 Ca(OH)， 高 碱性等物质存在 ，所以碱度十分低 ，是 目前碱度最低的水 泥之一 。 用该水泥制造的玻璃纤维增强水泥制品具有质 轻、高强、韧性好、耐久性好、不变形等优点 ，现 已广泛用 于制造 GRC 轻质多孔板。 3114 制硫酸联产水泥 该工 艺的原理是将磷石膏 高温分解 ，所得的 S0 用 于生产硫酸 ，CaO 用 于生产水 泥。 此法对于硫 资源缺乏 的 国家来说非常具有现实意 义。 前提是磷石膏必须经过预处理才能用 于配制生料。 其优点在于：磷石膏中的钙硫得以充分利用；磷石膏 被消化而不产生二次废渣 ；控制好制酸尾吸收，可实现 尾气达标排放；副产的硫酸用 于磷肥生产 ，减少了硫酸 外购和运输量，降低了成本。 但缺点时生产设备效率低、 投资大、能耗高 。 312 磷石膏用 于生产石 膏建材制品 磷石膏用 于生 产石膏建筑材料主要是将磷石膏 中的二水硫酸钙在不同 的转化条件下脱水生成 或 13 型半水石膏 ，然后再加工 成石膏板材、砌块 、石膏粉及其它装饰材料。 利用磷石膏 制砖工艺简单 、能耗低、投资少、用量大 ，是磷石膏综合利 用 的良好途径 。 石膏板材具有质轻 、保温隔热隔声性能好、防水防 火以及施工简单造价低等优点。 目前我国建筑行业对石 膏板材的需求呈上升趋势，一些地方呈现供不应求的局 面。 因此，利用磷石膏为主要原料的生产线是符合市场 需求的短平快项目。 利用磷石膏生产石膏板材在国 外已经比较成熟 ，其中 ,日本用于生产石膏粉和石膏板材 的磷石膏占磷石膏总量 的 75 左右。 我国铜陵化工集 团与澳大利亚博罗亚洲公司于 1997 年合资建成 400 kt年精磷装置 ，其产品销往上海博罗公司生产纸面石膏板。 另一方面 ，我国已经明令从 2000年6月1 日起逐步禁止使用 实心黏土砖.这无疑为磷石膏生产建筑材料提供了广阔的潜在市场前景 .32 磷石膏用于化工行业 321 磷石膏用于制过硫酸钙 磷石膏 可与高 品位磷 矿相混合生产合格 的过磷酸钙 ，而且在采用湿法生产过 磷酸钙中，当矿浆水分高时可通过磷石膏 的加入得到调 整 ，使鲜水分稳定。 据报道 ，安徽庐江化学工业集 团 有限公司用磷石膏与高品位磷矿搭配，在 60 kt年湿法 过磷酸钙装置 上使 用 ，成品达 到部 颁过磷酸 钙合格级 标准。 322 磷石膏用于制硫酸铵 用 磷石膏生产硫酸铵有 两种基本工艺 ：荷兰大陆工程公 司的工艺 流程是将磷石 膏洗涤过滤去掉杂质后 ，将 NH， 和 CO 引入带搅拌的反 应器中与磷石膏反应 。 而奥地利西亚格公 司开发了磷石 膏与碳酸按复分解反应的工艺流程。 磷石膏制硫酸铵的 主要技术 问题是硫酸铵的含氮量低 ， 以单 位氮计 的生产费用比尿素和硝酸铵要高得多。 323 磷石膏用于制硫酸钾 用磷石膏生产硫酸钾有 一步法和二步法。 一步法是用磷石膏与氯化钾在氨水等 溶剂存在下低压反应 ，经分离净化再分离 即得硫酸钾产 品 ，同时副产氯化钙， 因氯化钙难 以处理 ，故应用 前景不 佳 。 二步法是磷石膏先与碳酸氢铵反应生成硫胺溶液 ， 硫胺再与氯化钾反应生成硫酸钾 ，同时副产氯化铵和碳 酸钙 ，前者可做肥料 ，后者可用于制水泥。 但其缺点在于氨损失大 、固液分离困难 、设备生产能力低 ，投资较大。 33 磷石膏在农业上的应用 磷石膏呈酸性，pH 值为 1 45，因此可以直接用 作土壤改 良剂改善盐碱 地和红壤旱地。 直接施 用 能降低土壤 的 pH 值 ，有效改 善土壤 农化形状 ，磷石膏 中的 ca“与土壤中 的 Na 交换可以使 钠 一黏土变成钙 一黏土而改善土质 ，提高土壤的渗水性 ， 防止表皮结壳 ，有利于植物生长。 同时 ，磷石膏含有植物 生长所需磷 、钙 、硅等各种营养元素 ，因此可以利用 磷石 膏生产各种农用 化肥 。 据报道 ，如果将二水石膏 与尿素 在高湿度下混合 ，可以生产吸湿性小而肥效比尿素高的尿素石膏CaSO 4CO(NH ) 。 34 磷石膏在其他方面的应用 341 磷石膏作为硫还原茵的硫源 据报道 ，磷 石膏可作为一种很好的硫还原菌的硫源 ，这是 因为磷石 膏富含丰富的硫元素(以 CaSO, 2H O 形式存在 )，作为 硫还原 菌 的电子 受 体。 磷 石膏 (CaSO, 2H O) 相 比 CaSO, 05H2O、PbSO4、BaSO4和KFe3(so4)2(OH)6， 磷石膏在水中的溶解度较大且基本不与分子氧反应 。 在 富含硫的厌氧环境中硫还原菌对有机物的生物降解起着 重要的作用 ，这样的生物降解过程有两个好处 ，一是可以 通过硫还原菌作用可以使工业废渣磷石膏得 以分解 ，二 是使废水中有机 物降解为 CO 从而达到净化废水的目的，这无疑是一种很好的磷石膏利用途径。 但应注意磷 石膏重金属元素的去除 ，以防其影响硫还原菌的生长。 342 磷石膏制备新型材料 石膏基磁性材料是将磁 化粒子如铁氧体类和稀土类利用 特殊工艺复合其 中 ，使 磁化粒子在制品中定 向排列制备而成 。 这些材料的应用 将使建筑体具有 自动传感 、自动调节及其它特殊功能，从 而使建筑体能较容易地实现智能化与多功能化。 因此磷 石膏有望通过特殊工艺制成石膏基磁性材料 ，成为一种 新的资源化途径 。 石膏基导电材料可在石膏中掺入导电物质 ，如导电 聚合物、石墨等，作为屏蔽电磁波 、电热材料和耐热导电 材料用于特殊建筑物的光 电转换、工业防静 电、发热体 、 传导材料及隐身材料等。 以磷石膏为原料制得的石膏基 导电材料有望达到上述要求。 4 磷石膏资源化过程中存在问题及解决途径 磷石膏的资源化尽管在 国 内外 已经得到广泛重视 并付诸实践 ，取得了良好的经济效益和环境效益 ，但在磷 石膏资源化过程 中，仍存在一些尚待解决 的问题 。 妥善 处理这些问题 ，将使磷石膏的资源化提高到一个全新的 水平 ，为磷酸工业的可持续发展提供技术支撑。 位高低不一 ，生产工艺 以及处理方 式的差异造成磷石膏杂质含量 、理化性能波动很大 ，给磷 石膏的资源化带来一系列问题 ，使 目标产品的质量难以 保证。 针对这种情况 ，在实际生产 中 ，应 根据磷矿 源品 位 、废渣性质灵活采取最经济、最有效的资源化方式。 例 如 ，可 以通过减少磷石膏中微量组分的环境输入来实现 ， 即主要通过对原料磷矿的选择得以实现 ，从根本上说这 是一种从源头控制的绿色手段 ，但此举也受到当地磷矿 资源条件的制约。 再者又如磷酸生产企业在对磷石膏选 择输渣方式 (有 干排 渣和湿排渣两种 ) 时，必须结合企 业、渣场情况认真进行方案比选。 磷石膏中常含有镭等放射性元素，其 中的放 射性物质来源于磷矿石 。 如果磷石膏放射I生核素比活度 超过 GB6566 2001(建筑材料放射性核 素限量的允许 值，则应在磷石膏的资源化过程中，根据其 目标用途 ，掺 配其他材料混合使用， 以确保混合后的建材产品中放射性核素比活度符合国家标准的要求。 由于磷石膏 的产生量 巨大 ，对其资源化应着 眼于用量大 、附加值高和技术含量高的有示 范效应的磷 石膏基材的研发 ，由磷石膏制得的化工产品应是经济发 展所 急需的短线产品， 以保证磷酸生产企业有一定的经 济效益，方能实现磷石膏的可持续利用。 第四 ，中 国磷肥工业协会制订的磷肥工业“十一五” 规划中的一项重要工作就是磷石膏综合利用，争取今后 五年内将磷石膏的利用率由目前不足 10 提高到 20 。 另一方面则应抓住 国家明令逐步取消黏土砖的机遇，通 过生产水泥缓凝剂 、砌砖等方式和途径 ，使磷石膏的综合利用有一个稳定可靠的保障，从而在根本上解决磷石膏 的资源化问题。 三 农村固体废弃物处理现状及对策分析固体废弃物是一种不可忽视 的污染源 ，不仅 给环 境带来严重的污染 ，还严重威胁 了人体 的健康 。关于城市固体废弃物 的处理，目前已有很多研究报告和管 理规范出台，受到了学者和政府的普遍重视，但在占国土面积 90的农村，其固体废弃物的处理现状却不 容乐观。固体废弃物 的乱堆乱放 ，已严重影 响了农村环境 威胁着农民的身体健康 成 了现代农村面临的一大难题。 1 农村固体废弃物处理现状 11农村固体废弃物的来源 农村固体废弃物的成分很复杂 ，包括生活垃圾 、 农业及养殖业废弃物 、工业固体废弃物 、建筑垃圾 、医 疗垃圾等。以前，农村生活垃圾以厨房剩余物为主，而 且大多数厨房剩余物可作为畜禽饲料，而使得生活垃 圾 自生 自灭。近些年来 ，农村居民的消费结构发生了 很大的变化，引起农村生活垃圾成分也发生了明显的 改变。农业地膜的使用，畜禽产生的大量粪便 ，更是加 剧了农村环境 的恶化。一些高污染企业近年来都 向边 远地区或者农村转移 ，给农村经济带来发展的同时 ， 也为农村环境的破坏埋下 了隐患。乡镇工业在农村的 发展，存在着自然资源的过度利用、工业布局混乱、工 艺设备落后以及环境管理手段薄弱等问题 ，给农村的 环境造成了很大压力。而城市固体废弃物向农村 的转 移，更是加剧了这一问题的严重性。在农村存在着很 多赤脚医生，虽方便了居民看病 但其对医疗垃圾的 随意丢弃 ，造成 了很大的健康安全隐患 。以上是从一般意义上来说的农村固体废弃物来源 ，具体 的地方需 具体分析 其分析方法及手段可参考刘永德等人的研究12农村固体废弃物的特点 从农村 固体废弃物的来源与成分分析来看 ，可以 将其归于 以下几个特点 ：数量大 、成分多 、面积广 、治 理难。农村人 口多 ，占全国的 70左右，产生的固体废 弃物量就大。近年来 ，一些难以 自生 自灭的废弃物 ，如 包装废弃物 、一次性用 品废弃物等在农村大量地出 现，如婴幼儿使用的一次性尿不湿、妇女卫生用品、废 旧衣服鞋帽等 ，尤其是塑料制品 、玻璃 、陶器 、废 旧电 器 、电池 、磁带 、光盘 、玩具等在农村 固体废弃物 中的 比例逐年增加。另外，随着农民生活条件的改善，液化 气的普及利用和化肥的滥用 ，许多有机垃圾如秸秆和 稻草等未被利用或还 田，而是作为废弃物被随意丢 弃，使农村生活垃圾数量和成分上发生很大变化。由 于农 民居住 比较分散 ，不像城市那样集 中，哪里有人 或者住所 哪里就有 固体废弃物 的存在 ，其分布面积 广 ，给集中治理带来 了难度。 13农村固体废弃物的处理现状 普遍说来 ，中国农村的固体废弃物存在着随意丢 弃 、随意焚烧的情况 ，基本上没有无害化处 理。在农村，按传统的观念主要是靠“垃圾堆”这种方式收集 和堆放垃圾，然后再通过焚烧等方式解决。经济发展 水平在很大的程度上决定了农村固体废弃物的处理情况 ，在经济相对发达的地 区 ，如深圳 、上海 、浙江及苏南的农村地区垃圾处理状况要比其他农村地区来 得乐观一些 很多地方都设置 了固定垃圾池 有些地方还实行了上门收垃圾。但实践表 明，由于受到资金 筹集等方面的因素制约 固体废弃物污染仍然 比较严重。在经济发展相对落后的地区，其农村固体废弃物 一般不经处理而直接乱堆乱放 ，破坏 了村容 、侵 占了 土地 、污染了地下水及河流 ，对农村环境造成 了严重的影响 必须采取措施加以解决 。 14农村 固体废弃物处理现状的原因分析 分析农村固体废弃物处理不力 的原因主要有以 下几点 ：一是长期的生活 习惯 ，以及环保意识相对薄弱 ：二是资金投入不够 固体废弃物存放的基础设施 落后；三是没有专门的环境卫生保洁队伍；四是农村 固体废弃物分布较散 ，且面积较大 ，不利于收集 ；五是 农民收入低，固体废弃物收费难于实现，治理资金难以筹集 ：六是 固体废弃物处 理没有一个系统 的、长远 的统筹安排和规划 ；七是政绩评定机制不完善 ，未能 将农村环境保护纳入考评机制中；八是国家环保监测 网点 ，对乡镇及 乡以下企业的监测 能力也是有限的，一些怵 目惊心 的案例与数 字 还未见诸报告 ；九是 一 些农村 固体废弃物处理与处置工程 如秸秆气化工 程 ，缺少技术支持。 2 解决农村 固体废弃物 问题 的方法探讨 21宣传教育经常化 针对村民的环保意识薄弱问题应加大宣传力 度，努力提高农村干部群众的环保意识。各有关部门 和单位应充分利用村广播 、电视 台、地方报纸 、村头标 语 、办画廊 、发资料 ，以及通过志愿者参与和农村社 区 公益宣传等多种形式，切实做好宣传工作 ，提高农村 干部群众对垃圾治理的责任意识和参与意识 ，引导大家养成文明健康的生活习惯。同时要大力宣传环卫和 固体废弃物治理工作的成果 ，建立和逐步完善公众监督机制 ，及时通报在 固体废弃物治理 中存在 的问题 ， 并广泛征求村民的意见和要求 使广大农 民和社会各界积极参与到所在地的固体废弃物治理工作中去。22管理方法科学化 坚持把农村 固体废弃物治理 的具体工作 纳入新 农村建设整体规划中去 ，有计划、有重点、分期分批地搞好农村生活垃圾治理 ，以及对相关设施设备 的投 入 。根据“村收集 、镇运输 、区处理”的管理模式 ，可 以 实行村落联合处理处置，集中资金，形成规模 ，产生经 济效益。必要时，可以与邻近的乡镇联合起来建立联 合收集 运输 系统 形成规模化处 理 ，使农村垃圾处理 工作逐渐走上了规范化轨道。但区别于城市垃圾 ，农 村垃圾成分更趋复杂 、分布面更广 、收集更为困难 ，并 存在就地处理便捷 、人力资源丰 富、转化利用率高等 特点农村垃圾这一特征决定了必须探索一条与农村 实际情况相吻合 ，与经济承载实力相适应，与城乡统 筹发展相一致的科学处理模式l 21并根据各地实情有针对性地选择应用。 23筹集资金有效化 因建立农村 固体废弃物处理与处置系统需要 大 量的资金 考虑到 目前的农村 固体废弃物处理现状及危害，国家应该加大农村 固体废弃物处理与处置的力 度 ，提供更多的资金支持 ，保障新农村建设 ，且还应鼓 励社会资金向农村公共卫生服务设施倾斜 。农村干部 需争取各级政府 的资金支持 ，即省 、市 、区、镇各级拨 款 再 向辖 区内单位或个人收取一定的农村 固体废弃 物处理费积极倡导个人捐助一点，实行专款专用于 固体废弃物清扫 、收集 、清运及终端无害化处理等工 作经费 ，切实解决处理资金不足的问题 ，尽快建立长期稳定的投入机制 。 24固体废弃物减量化 相对城市来说 农村生态系统较稳定 ，环境容量 较大。应充分利用农村这种巨大的环境 自净能力 ，如土壤 水体 、大气和生物的稀释、扩散 、降解 、吸收和转 化等作用 建立农村环境 自净体系 ，以就近分化掉最 大量垃圾 把需要集中收运处理的固体废弃物量降到 最低点。还可以建立人工 自净体系，主要有扩大绿色覆盖率、修建氧化塘、保护 自然天敌和益鸟、推广生物 防治等。根据农村 固体废弃物成分特点 ，既有可就地填埋的瓦砾砖块 。也有可就地堆 肥的菜 叶瓜皮 ；既有 可收集降解 的塑料橡胶制品，也有可回收利用的金属玻璃制品等 ，有必要实行就地分拣 回收处理 实现减量化分类。另外 ，还应鼓励村民购买绿色产品 ，多使 用农家肥 从源头上减少一些难降解物质的引人。 25固体废弃物资源化 废弃物是放错地方的资源 ，一些 固体废弃物通过 处理 可以进行资源化利用 。例如 ，在广大的农村地区，应加大沼气建设 ，发展农村沼气 ，因为它可以在解 决群众生活用能的同时带动养殖业和高效种植业 的发展 不仅 提高了农产品质量和产量 而且从各个方 面直接或 间接地促进了农村经济的发展 ，具有显著 的 经济效益。食物垃圾进行生态堆肥，那些塑料橡胶、废铜烂铁 、玻璃制品等可卖给回收公司以进行再生利用 不能回收的碎砖石块等 固形物作为建筑道路填充 物铺垫填埋 有效减少固体废弃物运送成本 和资源浪费 最大程度地减轻农村 固体废弃物处理的费用负 担26固体废弃物无害化 农村生产过程中产生的牲畜粪便 以及菜帮 、菜叶 等都在沼气池中得到无害化处理 而那些有害废弃物如 电池 、残 留农药瓶等则单独集中处理 集中后待运 至垃圾场，经过分类压缩的垃圾集中无害化处理是农村垃圾处置的后道程序 。一般说来 ，目前 比较有效 的 无害化处理方法是焚烧发电它是 目前世界各 国广泛 采用的垃圾处理技术 ，主要通过垃圾焚烧来发 电，焚 烧后 的废渣用来制砖 产 生的余热用来发 电形成一 个完整的循环经济链。但由于其处理成本 的限制 ，大 多农村 的固体废弃物都是作卫生填埋处理 。当然，要彻底地清除那些有毒有害固体废弃物，还需要优化农 村固体废弃物收集及运输系统 保证 垃圾桶 、垃圾 中 转站及相关垃圾运输车辆的数量。 四 生命周期评价确定满足环境需求的产品设计方案需要指导改善措 施下使用能够量化开发产 品环境绩效 的工具 。此外 ，只有对产品生命周期持系统观念才可确保这些措施减少对 环境的风险 ，并避免简单地将环境影响从一个生命周期 阶段 转(LCA)是一个客观的用于评价相关产 品整个生命周期 环境影响的 目标程序。通过定量测定全部转移过程中产 品系统与生物圈之问的交换 ，从原料提取到它们 以废弃物的形式返 回生物圈的整个过程。 1 环境分析与生命周期评价 环境影响可被定义为 “任何对环境的改变，无论有 害或有利 ，全部或部分受组织 活动的影响 、产品或服 务” (ISO14001，1996)。试 图减少生产 活动对环境的 负面影响的一个最大的困难是定性或定量地评估这些影 响，以便 随后可以采取适 当的措施来抑制它。虽然为了 评估环境影响 (环境影响评价EIA)开发的方法多 种多样 (Jain等，1993)，且影响 的识别 、测 量与解 释各不相同 ，但它们一般都存在一些相同的重大局限性 ： 它们是针对特别案例开发的。 这些 方法 没有评 估结 果 可靠性 和 稳定 性 的可 能性。 它们不是从前面讲座所提到的生命周期方法的 前提下开始的。 唯一 的方法是生命周期评价，不 同于这些局限，因 为它克服了基 于第二讲中所提到的前提下的环境影响评 价的方法。实际上，LCA是评估生产工业活动相关资源 消耗以及废弃物排放的一个客观过程。它是通过全部转化过程 中涉及的产品系统 与生物圈全部流动交换的定量要求 ，从原料提取到以废 弃物的形式返回生物圈，来评价这一活动产 品的整个生 命周期。 11 起源与演化 第一个有关量化原材料消耗与生产过程能源效率的研究可以追溯到 2O世纪 60年代 。受到一些暂时的发展 模式的巨大影响，这种发展模式描述了世界人 口快速增 长与 自然资源限制的情况的特点 ，化石燃料与矿产资源 的缺乏 ，伴随着能量转换过程中过度热量排放所造成的 气候变化 (NAS，1969；Goldsmith等 ，1972)。作 为一个直接后果 ，这些研究主要面向成本评估 ，常规能源生 产与替代能源的环境意义 ，以及工业过程 中能源生产的 效率。虽然这种类型的评价是基于能源分析的，但它们 还需要流动的平衡表编制来描述审查过程。因为后者不 能脱离于原材料消耗的量化与固体废弃物的产生 ，这些 早期的能源研究也是所有资源流作用 的重要分析。其中 一个最重要的第一个具体证明是环境问题 的新方法被应 用于工业化学领域 (Smith，1969)。 同期我们看到的第一个有关大众消费产品的重大投 资 ，包括 中西部研究所以及后来的弗兰克林协会 ，以可 口可乐公 司软饮料 的不 同容器为代表进行 的一项研究 (Vigon 等， 1993；Caftan，1996；Hunt和 Franklin， 1996)。这项研究经常被作为进行 资源与废弃物的清单分析 的例子 ，因为它具有量化原材料 、燃料和环境收费与审议各种类型容器生产过程的目标。 受 20世纪 70年代初期石油危机的影响 ，量化资源消耗与返馈环境的过程 ，由于工业产品的制造开始有 了 明确的方法结构，因此在美国被称为 “资源与环境概况 分析”(REPA)(Hunt等 ，1992)。一项 由美国环境保护 局进行的饮料罐的 REPA研究 (Hunt等，1974)可被看 作是典型的现代 LCA的先驱。同时，欧洲类似的研究介 绍的方法被称为 “生态平衡 ” (Vigon等，1993；White 和 Wagner，1996)。这些研究 都集 中于原料与能源的消 耗，以及废弃物的产生 ，符合有关排污过程信息的环境辩论 ，特别的污染特性与潜在的环境影响仍然受到限制。 从这些最初 的研究可 以看出 ，从环境结果 角度出 发 ，对工业生产体系的完整研究 ，唯一有效途径是量化 检查它们的运行 ，顺着原材料 的路线 ，从原料 提取开 始 ，经过所有的转化过程 ，直到它们以废弃物的形式返 回生物圈 (“从摇篮到坟墓”)。 主要的刺激导致的这种方法是最近才得到 了理解 ， 集中于只用单一生产过程的传统方法更加有效，而不用考虑相关活动的整个 系统，这是完全不够的。这一结果 对于有关的环境 问题更加真实准确，因为单独考虑一项 工业活动 ，通过简单地将污染转移到其它地方，似乎更 加清洁有效 ，同样的l工业体系的其它部分产生的新的环 境评价给环境带来的好处 ，而没有得到任何真正的全面改善 。 由于 20世纪 70 1年代末 到 80年代初 ，石油危机不 再被作为一种刺激 ，因此人们的注意力从节约资源转移到了对污染废弃物的管理。然而 ，研究一直持续到了产 品与工艺过程的环境概况 ，最